回転機用コア部材及び回転機
【課題】分割コアを用いる三次元回転機の効率を向上する。
【解決手段】ステータコア２１は、ラジアル方向の一方側面（側面２４ｂ又は側面２４ｃ）とアキシャル方向の一方側面（側面２４ａ又は側面２４ｄ）とに磁石対向面を有するティース部２３と、巻線が巻回される棒状のヨーク部２２とをそれぞれ有し、環状に配置された複数の分割コア３０を備え、分割コア３０は軟磁性金属圧粉材によって構成され、各分割コア３０のヨーク部２２の端部２２ａは、隣接する分割コア３０のティース部２３に設けられた凹部２６と嵌合し、ヨーク部２２は、端部２２ａのうち、上記アキシャル方向の一方側面若しくは上記ラジアル方向の一方側面又はその両方に面する部分の少なくとも一部がＲ面取りされてなる形状の柱状体である。
【解決手段】ステータコア２１は、ラジアル方向の一方側面（側面２４ｂ又は側面２４ｃ）とアキシャル方向の一方側面（側面２４ａ又は側面２４ｄ）とに磁石対向面を有するティース部２３と、巻線が巻回される棒状のヨーク部２２とをそれぞれ有し、環状に配置された複数の分割コア３０を備え、分割コア３０は軟磁性金属圧粉材によって構成され、各分割コア３０のヨーク部２２の端部２２ａは、隣接する分割コア３０のティース部２３に設けられた凹部２６と嵌合し、ヨーク部２２は、端部２２ａのうち、上記アキシャル方向の一方側面若しくは上記ラジアル方向の一方側面又はその両方に面する部分の少なくとも一部がＲ面取りされてなる形状の柱状体である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転機用コア部材及び回転機に関し、特にラジアル方向及びアキシャル方向の両方に磁石対向面を有する三次元回転機用コア部材及びこのコア部材を用いる回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機は一般に、ステータコアとロータを備えている。ステータコアは珪素鋼板の積層体（積層鋼板）であり、コイルが巻回される。一方、ロータには永久磁石が配置される。ロータの永久磁石とステータコアとは、微小な間隙（ギャップ）をもって対向配置される。
【０００３】
回転機を発電機として用いる場合には、外力によってロータを回転させる。すると、永久磁石とステータコアの位置関係が変動するため、コイルの鎖交磁束が変動し、電圧が発生する。一方、回転機を電動機として用いる場合には、コイルに交流電流を流す。すると、ステータコア内部の磁界が変動し、この変動磁界と永久磁石との相互作用により、ロータに回転トルクが発生する。
【０００４】
特許文献１には電動機の例が開示されている。特許文献１に開示される電動機は、ステータコアとロータのギャップがラジアル方向に設けられる所謂ラジアル型の電動機であり、ステータコアの内周側と外周側の両方に永久磁石が配置されている。このようにステータコアのラジアル方向両側に永久磁石を配置することで、片側のみに永久磁石を配置する場合に比べて利用可能な磁束の量が増え、電動機の効率がよくなっている。
【０００５】
また、特許文献１に開示される電動機では、ステータコアが複数の分割コアによって構成されている。各分割コアは鉤状の係止部と溝部とを有しており、溝部に係止部を圧入嵌合させることで分割コアを環状に連結し、一体のステータコアを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２７１７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ステータコアのラジアル方向だけでなくアキシャル方向（ロータの回転軸方向）にも永久磁石を配置すれば、利用可能な磁束の量が増え、回転機の出力密度と効率の向上が実現される。以下、このような回転機を三次元回転機と称する。
【０００８】
三次元回転機でも、巻線作業を簡素化する観点から、特許文献１に開示される電動機と同様に分割コアを用いることが望まれる場合がある。しかしながら、分割コアを用いると、分割コアの連結部分に大きな磁気抵抗が発生することから、分割コアを用いない場合に比べて効率が悪くなり、三次元化したことによる効率向上効果が損なわれる。
【０００９】
したがって、本発明の目的のひとつは、分割コアを用いる三次元回転機の効率を向上できるコア部材及びこのコア部材を用いる回転機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明による回転機用コア部材は、ラジアル方向の一方側面とアキシャル方向の一方側面とに磁石対向面を有するティース部と、巻線が巻回される棒状のヨーク部とをそれぞれ有し、環状に配置された複数の分割コアを備え、前記分割コアは軟磁性金属圧粉材によって構成され、前記各分割コアの前記ヨーク部の端部は、隣接する前記分割コアの前記ティース部に設けられた凹部と嵌合し、前記ヨーク部は、前記端部のうち、前記アキシャル方向の前記一方側面に面する部分の少なくとも一部若しくは前記ラジアル方向の前記一方側面に面する部分の少なくとも一部又はその両方がＲ面取りされてなる形状の柱状体であることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、アキシャル方向の一方側面若しくはラジアル方向の一方側面又はその両方を通じて分割コア内に出入りする磁束に関して分割コアの連結部分の磁気抵抗を低減できるので、分割コアを用いる三次元回転機の効率を向上できる。
【００１２】
また、上記各回転機用コア部材において、前記各分割コアの前記ティース部は、前記ラジアル方向の他方側面又は前記アキシャル方向の他方側面の少なくとも一方にも磁石対向面を有し、前記ヨーク部を構成する柱状体は、前記端部のうち、前記ラジアル方向の他方側面又は前記アキシャル方向の他方側面の前記少なくとも一方に面する部分の少なくとも一部もＲ面取りされてなる形状を有することとしてもよい。これによれば、ラジアル方向の他方側面を通じて分割コア内に出入りする磁束に関しても分割コアの連結部分の磁気抵抗を低減できる。
【００１３】
また、上記回転機用コア部材において、前記ヨーク部を構成する柱状体は、少なくとも前記端部に辺を有しないこととしてもよく、さらに前記端部は曲面のみによって構成されることとしてもよい。
【００１４】
また、上記回転機用コア部材において、前記端部は半球面形状であることとしてもよいし、前記ヨーク部を構成する柱状体は、半球面形状の前記端部を有する円柱体であることとしてもよい。
【００１５】
また、本発明による回転機は、上記各回転機用コア部材のいずれかと、前記各分割コアの各磁石対向面に対向する永久磁石を有する磁石支持部材とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、分割コアを用いる三次元回転機の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態による回転機を軸方向で切断した断面図の模式図（概略図）である。（ａ）のステータコア部分は図３のＡ−Ａ'線断面に対応し、（ｂ）のステータコア部分は図３のＢ−Ｂ'線断面に対応している。
【図２】図１に示した回転機から、磁石、ステータコア、及びコイルのみを抜き出して記載した斜視図である。
【図３】図１に示した回転機から、ステータコアのみを抜き出して記載した斜視図である。
【図４】（ａ）（ｂ）ともに、本発明の実施の形態による回転機のステータコアの分割コアを拡大して示した図である。
【図５】図３のＣ−Ｃ'線断面の模式図である。
【図６】本発明の前提となる分割コアの斜視透過図である。
【図７】本発明の実施の形態による回転機における磁束の流れを説明するための模式図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）はいずれも、図６に示した本発明の前提となる分割コアの連結状態を示す図である。
【図９】（ａ）は、図８（ａ）のＤ線に沿った本発明の前提となる分割コアの断面図である。（ｂ）（ｄ）（ｆ）は、図８（ｂ）のＥ線に沿った本発明の前提となる分割コアの断面図である。（ｃ）（ｅ）は、図８（ｃ）のＦ線に沿った本発明の前提となる分割コアの断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｆ）は、図９（ａ）〜（ｆ）にそれぞれ対応する本発明の実施の形態による分割コアの断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｆ）はいずれも、本発明の実施の形態の変形例によるヨーク部を示す斜視図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は、ステータコアの上面、下面、及び外周面を磁石対向面とした三次元回転機の断面図の例を示す図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、ヨーク部の形状のバリエーションを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１（ａ）（ｂ）は、本実施の形態による三次元回転機１を軸方向で切断した断面図の模式図（概略図）である。図２は、三次元回転機１から磁石１３ａ〜１３ｃ、ステータコア２１、及びコイル２５のみを抜き出して記載した斜視図である。また、図３は三次元回転機１からステータコア２１のみを抜き出して記載した斜視図である。なお、図１（ａ）（ｂ）に示した断面図内のステータコア２１部分は、それぞれ図３のＡ−Ａ'線断面、図３のＢ−Ｂ'線断面に対応している。
【００２０】
図１に示すように、三次元回転機１は、同図に示したＸ軸を中心に回転自在に構成されたシャフト１０及びロータ１１（磁石支持部材）と、ベース２０に固定されて回転しないステータコア２１（コア部材）とを備えている。この三次元回転機１は、プリンタやファン、車載用モータ、洗濯機等、種々の用途で用いられるものである。
【００２１】
ベース２０は中央に円筒形部分２０ａを有しており、シャフト１０は、この円筒形部分２０ａの内部に挿入されている。シャフト１０は、円筒形部分２０ａの内壁に嵌められた２つのベアリング４０によって支持されており、このベアリング４０の内周に沿い、Ｘ軸を回転軸として回転する。
【００２２】
ロータ１１はＸ軸に垂直な主面を有する円盤状部分１１ａを含む部材であり、鉄などの磁性体で作られている。円盤状部分１１ａの中央部はシャフト１０と嵌合しており、これにより、ロータ１１はシャフト１０とともに回転する。
【００２３】
円盤状部分１１ａの下部には２つの円筒形部分１１ｂ，１１ｃが設けられている。各円筒形部分１１ｂ，１１ｃの中心はいずれもＸ軸に一致している。円筒形部分１１ｂの内径はベース２０の円筒形部分２０ａの外径より大きくなっており、円筒形部分２０ａは円筒形部分１１ｂの内側に挿入される。また、円筒形部分１１ｃの内径は円筒形部分１１ｂの外径よりも大きくなっており、円筒形部分１１ｂと円筒形部分１１ｃの間に作られる環状（ドーナツ状）の空間にはステータコア２１が挿入される。
【００２４】
上記環状の空間の内面１２ａ，１２ｂ，１２ｃはそれぞれ、ステータコア２１の上面２４ａ、内周面２４ｂ、外周面２４ｃ（後述）に対向する対向面となる。内面１２ａには所定個数（図２では１０個）の磁石１３ａが設置される。同様に、内面１２ｂ及び内面１２ｃにはそれぞれ、同数（図２では１０個）の磁石１３ｂ及び磁石１３ｃが設置される。
【００２５】
磁石１３ａは、図２に示すような扇型の永久磁石であり、Ｓ極をステータコア２１側に向けた永久磁石１３ａ（Ｓ）と、Ｎ極をステータコア２１側に向けた永久磁石１３ａ（Ｎ）とを含んでいる。永久磁石１３ａ（Ｓ）と永久磁石１３ａ（Ｎ）とは、円周方向に交互に配置される。なお、図２では、永久磁石１３ａ（Ｓ）の表面に「Ｎ」、永久磁石１３ａ（Ｎ）の表面に「Ｓ」が記載されているが、これは各永久磁石１３ａの内面１２ａ側の面に現れる磁極を示している。以下に説明する磁石１３ｂ，１３ｃでも同様である。
【００２６】
磁石１３ｂは、図２に示すように、円筒の一部を切り取った形状の永久磁石であり、Ｓ極をステータコア２１側に向けた永久磁石１３ｂ（Ｓ）と、Ｎ極をステータコア２１側に向けた永久磁石１３ｂ（Ｎ）とを含んでいる。永久磁石１３ｂ（Ｓ）及び永久磁石１３ｂ（Ｎ）は、それぞれ永久磁石１３ａ（Ｓ）及び永久磁石１３ａ（Ｎ）と対応する位置に、円周方向に交互に配置される。
【００２７】
磁石１３ｃも、図２に示すように、円筒の一部を切り取った形状の永久磁石であり、Ｓ極をステータコア２１側に向けた永久磁石１３ｃ（Ｓ）と、Ｎ極をステータコア２１側に向けた永久磁石１３ｃ（Ｎ）とを含んでいる。永久磁石１３ｃ（Ｓ）及び永久磁石１３ｃ（Ｎ）は、それぞれ永久磁石１３ａ（Ｓ）及び永久磁石１３ａ（Ｎ）と対応する位置に、円周方向に交互に配置される。
【００２８】
ステータコア２１は環状の部材であり、図２及び図３に示すように、円周方向に沿って環状に配置された複数の分割コア３０が連結された構造を有している。各分割コア３０は、粉体粒子の表面が所定の絶縁膜により電気絶縁被覆された軟磁性金属圧粉材を所定の圧力下で成型することにより形成される。このように軟磁性金属圧粉材で構成されているため、分割コア３０には磁束の通過方向の制限がない。
【００２９】
図４（ａ）は、図２に示したステータコア２１から、２つの分割コア３０を抜き出して記載した斜視図である。ただし、同図では分割コア３０を連結する前の状態を示している。また、図４（ｂ）は、１つの分割コア３０を拡大して示した拡大斜視図である。また、図５は、図３のＣ−Ｃ'線断面の模式図である。ただし、図５でも分割コア３０の２つ分のみを示している。
【００３０】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、各分割コア３０はそれぞれ、ヨーク部２２とティース部２３とを有している。
【００３１】
ティース部２３は、図３などに示すように、上向きに突出した上側突起部２３ａと、内向きに突出した内側突起部２３ｂと、外向きに突出した外側突起部２３ｃと、下向きに突出した下側突起部２３ｄとを含んで構成される。このうちの下側突起部２３ｄは、図１に示すようにベース２０に固定されている。
【００３２】
上側突起部２３ａの上面２４ａ（アキシャル方向の一方側面）、内側突起部２３ｂの内周面２４ｂ（ラジアル方向の一方側面）、外側突起部２３ｃの外周面２４ｃ（ラジアル方向の他方側面）はそれぞれ、磁石１３ａ、磁石１３ｂ、磁石１３ｃと対向する磁石対向面となっている。これらの各面は対向する磁石に沿う形状を有しており、これにより、各面と各磁石の間には一定幅の間隙が設けられる。
【００３３】
内側突起部２３ｂは、図３に示すように、隣接するヨーク部２２方向に張り出した鍔部２３ｂｆを有している。同様に、外側突起部２３ｃも、隣接するヨーク部２２方向に張り出した鍔部２３ｃｆを有している。これらの鍔部２３ｂｆ，２３ｃｆは内周面２４ｂ及び外周面２４ｃの面積を拡大するために設けられているもので、これによりステータコア２１内部に取り込まれる磁束の量が増加する。
【００３４】
ティース部２３の円周方向の一方側面２４ｅには、図４（ａ）に示すように、隣接する分割コア３０のヨーク部２２と嵌合する凹部２６が設けられている。凹部２６は、側面２４ｅに設けられた半球形の穴である。
【００３５】
一方、ヨーク部２２は、図４（ｂ）に示すように、ティース部２３の円周方向の他方側面２４ｆから突き出した柱状体の部材であり、絶縁性のボビン２７を介してコイル２５が巻回される。ヨーク部２２の端部２２ａは、図５に示すように、隣接する分割コア３０のティース部２３に設けられた凹部２６に嵌合する。なお、端部２２ａと凹部２６とは対応する形状を有しており、嵌合させることにより、隙間なく密着する。嵌合させる際には、分割コア３０が分離しないように接着剤を用いることが好適である。具体的な接着剤としては、比較的接着強度の強い２液のエポキシ樹脂などを用いることが好ましい。また、磁性を有する接着剤を用いることも好ましい。
【００３６】
以下、ヨーク部２２及びその端部２２ａの形状について、詳しく説明する。以下の説明では、初めに本発明のベースとなる分割コアの構造について説明し、その後、この分割コアと比較しながら、ヨーク部２２及びその端部２２ａの形状を説明する。
【００３７】
図６は、本発明のベースとなる分割コア１３０の斜視透過図である。同図では、隣接する一方の分割コア１３０のヨーク部１２２と、他方の分割コア１３０のティース部１２３のみを示している。
【００３８】
図６に示すように、分割コア１３０においても、ティース部１２３には磁石対向面１２４ａ〜１２４ｃが設けられる。これら磁石対向面１２４ａ〜１２４ｃは、図１（ｂ）において分割コア３０に代えて分割コア１３０を用いたとした場合に、磁石１３ａ〜１３ｂとそれぞれ対向する面である。また、円周方向の一方側面１２４ｅには、隣接する分割コア１３０のヨーク部１２２と嵌合する凹部１２６が設けられる。
【００３９】
ヨーク部１２２は四角柱形の柱状体部材であり、図示していないが、ティース部１２３の円周方向の他方側面１２４ｆから突き出している。四角柱形であることから、ヨーク部１２２は、図６に示すような辺（エッジ）Ｅ１〜Ｅ８を有している。
【００４０】
さて、以上のようなヨーク部１２２と比較しながら、ヨーク部２２及びその端部２２ａの形状について説明する。ヨーク部２２は、図４に示すように円柱形の柱状体（長手方向に垂直な断面が円形である柱状体）であり、その端部２２ａは半球面形状となっている。この形状は、ヨーク部１２２において、辺Ｅ１〜Ｅ８をＲ面取りすることにより得られる形状である。つまり、ヨーク部２２は、ヨーク部１２２の辺Ｅ１〜Ｅ８がＲ面取りされてなる形状の柱状体となっている。
【００４１】
なお、図４に示したヨーク部２２及びその端部２２ａの形状は辺Ｅ１〜Ｅ８を完全にＲ面取りしてなる形状としているが、一部のみをＲ面取りしてなる形状としてもよい。この点については、後ほど磁束の流れについての説明を行った後、再度詳しく説明する。
【００４２】
次に、三次元回転機１における磁束の流れについて説明する。
【００４３】
図７は、三次元回転機１における磁束の流れを説明するための模式図である。同図においては、矢印付きの破線により磁束の流れを示している。
【００４４】
破線Ａで示すように、ある磁石１３ａ（Ｎ）のＮ極から出る磁束は、対向する上面２４ａからステータコア２１内部に入り、上側突起部２３ａ、ヨーク部２２、隣接する上側突起部２３ａ、及びその上面２４ａを順に通過して、隣接する磁石１３ａ（Ｓ）のＳ極に戻る。
【００４５】
同様に、破線Ｂで示すように、ある磁石１３ｂ（Ｎ）のＮ極から出る磁束は、対向する内周面２４ｂからステータコア２１内部に入り、内側突起部２３ｂ、ヨーク部２２、隣接する内側突起部２３ｂ、及びその内周面２４ｂを順に通過して、隣接する磁石１３ｂ（Ｓ）のＳ極に戻る。
【００４６】
また、破線Ｃで示すように、ある磁石１３ｃ（Ｎ）のＮ極から出る磁束は、対向する外周面２４ｃからステータコア２１内部に入り、外側突起部２３ｃ、ヨーク部２２、隣接する外側突起部２３ｃ、及びその外周面２４ｃを順に通過して、隣接する磁石１３ｃ（Ｓ）のＳ極に戻る。
【００４７】
このように、三次元回転機１では、３方向に磁束の流れが確保され、いずれの磁束もヨーク部２２を通過する。このため、例えばステータコアの両側のみに永久磁石を配置した場合に比べ、利用可能な磁束の量は多くなっている。
【００４８】
分割コア３０の連結部分（ティース部２３とヨーク部２２の連結部分）の磁気抵抗について説明する。以下の説明では、初めに上記した分割コア１３０の連結部分の磁気抵抗について説明し、その後、分割コア１３０と比較しながら、分割コア３０の連結部分の磁気抵抗について説明する。
【００４９】
図８（ａ）〜図８（ｃ）はいずれも、図６に示した分割コア１３０の連結状態を示す図である。図９（ａ）は、図８（ａ）のＤ線に沿った分割コア１３０の断面図である。また、図９（ｂ）、図９（ｄ）、及び図９（ｆ）の各図は、図８（ｂ）のＥ線に沿った分割コア１３０の断面図である。また、図９（ｃ）及び図９（ｅ）の各図は、図８（ｃ）のＦ線に沿った分割コア１３０の断面図である。図９（ａ）〜図９（ｆ）の各図に示した破線の矢印は、磁束の流れを示している。
【００５０】
図９（ａ）及び図９（ｂ）には、ティース部１２３の上面１２４ａ（アキシャル方向の一方側面）を通じて分割コア１３０内に出入りする磁束の流れを示している。つまり、この磁束は、図１（ｂ）において分割コア３０に代えて分割コア１３０を用いたとした場合に、ティース部１２３と磁石１３ａとの間を流れる磁束である。これらの図に示すように、上面１２４ａを通じてティース部１２３を通過する磁束は、ヨーク部１２２の辺Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３を避けて、ヨーク部１２２とティース部１２３の間を出入りする。このように磁束がヨーク部１２２の各辺を避けるのは、磁束が集中し、飽和するためである。
【００５１】
図９（ｃ）及び図９（ｄ）には、ティース部１２３の内周面１２４ｂ（ラジアル方向の一方側面）を通じて分割コア１３０内に出入りする磁束の流れを示している。つまり、この磁束は、図１（ｂ）において分割コア３０に代えて分割コア１３０を用いたとした場合に、ティース部１２３と磁石１３ｂとの間を流れる磁束である。これらの図に示すように、内周面１２４ｂを通じてティース部１２３を通過する磁束は、上記同様、ヨーク部１２２の辺Ｅ２，Ｅ４，Ｅ５を避けて、ヨーク部１２２とティース部１２３の間を出入りする。
【００５２】
図９（ｅ）及び図９（ｆ）には、ティース部１２３の外周面１２４ｃ（ラジアル方向の他方側面）を通じて分割コア１３０内に出入りする磁束の流れを示している。つまり、この磁束は、図１（ｂ）において分割コア３０に代えて分割コア１３０を用いたとした場合に、ティース部１２３と磁石１３ｃとの間を流れる磁束である。これらの図に示すように、外周面１２４ｃを通じてティース部１２３を通過する磁束は、上記同様、ヨーク部１２２の辺Ｅ３，Ｅ６，Ｅ７を避けて、ヨーク部１２２とティース部１２３の間を出入りする。
【００５３】
以上のように、ティース部１２３の各面を通じて分割コア１３０内に出入りする磁束は、ヨーク部１２２の辺を避けて（迂回して）、ヨーク部１２２とティース部１２３の間を出入りする。このような磁束の迂回が原因となり、分割コア１３０の連結部分は、ティース部１２３の各面を通じて分割コア１３０内に出入りする磁束に関し、比較的大きな磁気抵抗を有している。
【００５４】
次に、図１０（ａ）〜図１０（ｆ）は、図９（ａ）〜図９（ｆ）にそれぞれ対応する分割コア３０の断面図である。これらの図においても、破線の矢印は磁束の流れを示している。
【００５５】
上述したように、分割コア３０のヨーク部２２は、ヨーク部１２２の辺Ｅ１〜Ｅ８がＲ面取りされてなる形状の柱状体である。そのため、図１０（ａ）〜図１０（ｆ）に示すように、端部２２ａには磁束が集中する辺がない。したがって、ティース部２３の各面を通じて分割コア３０内に出入りする磁束に関する分割コア３０の連結部分の磁気抵抗は、分割コア１３０のそれに比べて小さくなっている。
【００５６】
以上説明したように、三次元回転機１によれば、ティース部２３の上面２４ａ、内周面２４ｂ、外周面２４ｃを通じて分割コア３０内に出入りする磁束に関し、分割コア３０の連結部分の磁気抵抗を低減できるので、分割コアを用いる三次元回転機の効率を向上できる。
【００５７】
ここで、三次元回転機１においては、必ずしもすべての方向の磁束に関して磁気抵抗を低減しなくとも、一部の方向の磁束に関してのみ磁気抵抗を低減することで十分な効率を得られる場合がある。また、ティース部２３とヨーク部２２の連結部分で生ずる磁気抵抗を減ずるためには、ヨーク部２２の各部分のうち、少なくともティース部２３内部に挿入される部分である端部２２ａについて、磁束の流れを妨げる辺を有しないことが必要である。また、連結部分の磁気抵抗を低減するためには、必ずしもヨーク部２２の端部２２ａを半球面形状にしなければならないわけではなく、少なくとも辺を有しない形状とすればよい。
【００５８】
以上に鑑み、ヨーク部２２の形状には各種のバリエーションが考えられる。以下、ヨーク部２２の形状のバリエーションを具体的に挙げて説明する。図１１（ａ）〜図１１（ｆ）はいずれも、ヨーク部２２のバリエーションを示す斜視図である。なお、これらの図に示すヨーク部２２の側面５０ａ，５０ｂ，５０ｃはそれぞれ、磁石１３ａとの対向面（アキシャル方向の一方側面）、内周面（ラジアル方向の一方側面）、外周面（ラジアル方向の他方側面）を示している。
【００５９】
図１１（ａ）は、ヨーク部２２を、端部２２ａのうち、側面５０ａに属する部分のみがＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例では、アキシャル方向の磁束に関して、磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【００６０】
図１１（ｂ）は、ヨーク部２２を、端部２２ａのうち、側面５０ａに属する部分の一部分のみがＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例でも、アキシャル方向の磁束に関して磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【００６１】
図１１（ｃ）は、ヨーク部２２を、側面５０ａ全体（ティース部２３との接続部分を除く。）がＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例でも、アキシャル方向の磁束に関して、磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【００６２】
図１１（ｄ）は、ヨーク部２２を、端部２２ａのうち、側面５０ａ，５０ｂに属する部分のみがＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例では、アキシャル方向の磁束の他、ラジアル方向の磁束のうちティース部２３の内周面２４ｂ（図１（ｂ））を通じて分割コア３０に出入りする磁束に関して、磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【００６３】
図１１（ｅ）は、ヨーク部２２を、端部２２ａのすべての部分がＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例では、アキシャル方向及びラジアル方向の磁束すべてに関して、磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【００６４】
図１１（ｆ）は、ヨーク部２２を、ティース部２３との接続部分を除くすべての部分がＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例でも、アキシャル方向及びラジアル方向の磁束すべてに関して、磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【００６５】
最後に、三次元回転機１の動作について説明しておく。
【００６６】
各コイル２５に方向を適宜切り替えながら電流を流した場合、ステータコア２１に回転磁界が生じ、その回転磁界に追従するようにしてロータ１１及びシャフト１０が回転する。これにより、三次元回転機１は電動機（モータ）として機能する。
【００６７】
一方、シャフト１０を外力によって回転させると、電磁誘導作用によって各コイル２５に電圧が発生する。これにより、三次元回転機１は発電機（ジェネレータ）としても機能する。
【００６８】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。
【００６９】
例えば、上記実施の形態では、コア部材（ステータコア２１）がベース２０に固定され、磁石支持部材（ロータ１１）がＸ軸を回転軸として回転する構成を採用したが、磁石支持部材がコア部材に対して相対的に回転できればよいので、この関係を逆にしてもよい。つまり、磁石支持部材がベース２０に固定され、コア部材がＸ軸を回転軸として回転する構成を採用してもよい。
【００７０】
また、上記実施の形態では、ステータコアの上面、内周面、外周面を磁石対向面としたが、本発明はこのような形態に限られるものではない。具体的には、ステータコアの上面、下面のいずれか少なくとも一方及び内周面、外周面のいずれか少なくとも一方を磁石対向面とすればよい。この場合、ヨーク部２２の形状は、端部２２ａのうち、凹部２６と嵌合しているときに各磁石対向面に面する部分のみがＲ面取りされてなる形状の柱状体であるとしてもよい。
【００７１】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、ステータコアの上面、下面、及び外周面を磁石対向面とした三次元回転機の断面図の例を示す図である。同図に示す三次元回転機６０でも、ステータコア６１が環状の部材であり、図２及び図３に示すように、円周方向に沿って環状に配置された複数の分割コア７０が連結された構造を有している点は三次元回転機１と同様である。各分割コア７０はそれぞれヨーク部６２とティース部６３とを有しており、その形状は図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したものと同様である。ただし、三次元回転機６０では、ティース部６３の上面６４ａ（アキシャル方向の一方側面）、外周面６４ｃ（ラジアル方向の他方側面）、下面６４ｄ（アキシャル方向の他方側面）がそれぞれ、磁石８３ａ、磁石８３ｃ、磁石８３ｄと対向する磁石対向面となっている。
【００７２】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、ヨーク部６２の形状のバリエーションを示す斜視図である。なお、これらの図に示すヨーク部６２の側面９０ａ，９０ｃ，９０ｄはそれぞれ、磁石８３ａとの対向面（アキシャル方向の一方側面）、磁石８３ｃとの対向面（ラジアル方向の他方側面）、磁石８３ｄとの対向面（アキシャル方向の他方側面）を示している。
【００７３】
図１３（ａ）は、ヨーク部２２を、端部６２ａのうち、側面９０ａ，９０ｃ，９０ｄに属する部分のみがＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例では、ティース部６３の側面６４ａ，６４ｄを通じて分割コア７０に出入りするアキシャル方向の磁束と、ティース部６３の側面６４ｃを通じて分割コア７０に出入りするラジアル方向の磁束とに関して、磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【００７４】
図１１（ｂ）は、ヨーク部２２を、側面９０ａ，９０ｃ，９０ｄの各全体（ティース部６３との接続部分を除く。）がＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例でも、ティース部６３の側面６４ａ，６４ｄを通じて分割コア７０に出入りするアキシャル方向の磁束と、ティース部６３の側面６４ｃを通じて分割コア７０に出入りするラジアル方向の磁束とに関して、磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【符号の説明】
【００７５】
１ 三次元回転機
１０ シャフト
１１ ロータ
１１ａ ロータの円盤状部分
１１ｂ，１１ｃ ロータの円筒形部分
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ ロータのステータコア対向面
１３ａ〜１３ｃ 磁石
２０ ベース
２０ａ ベースの円筒形部分
２１ ステータコア
２２ ヨーク部
２２ａ 端部
２３ ティース部
２３ａ 上側突起部
２３ｂ 内側突起部
２３ｃ 外側突起部
２３ｄ 下側突起部
２３ｂｆ，２３ｃｆ 鍔部
２４ａ 上側突起部の上面
２４ｂ 内側突起部の内周面
２４ｃ 外側突起部の外周面
２４ｅ 円周方向の一方側面
２４ｆ 円周方向の他方側面
２５ コイル
２６ 凹部
３０ 分割コア
４０ ベアリング
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転機用コア部材及び回転機に関し、特にラジアル方向及びアキシャル方向の両方に磁石対向面を有する三次元回転機用コア部材及びこのコア部材を用いる回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機は一般に、ステータコアとロータを備えている。ステータコアは珪素鋼板の積層体（積層鋼板）であり、コイルが巻回される。一方、ロータには永久磁石が配置される。ロータの永久磁石とステータコアとは、微小な間隙（ギャップ）をもって対向配置される。
【０００３】
回転機を発電機として用いる場合には、外力によってロータを回転させる。すると、永久磁石とステータコアの位置関係が変動するため、コイルの鎖交磁束が変動し、電圧が発生する。一方、回転機を電動機として用いる場合には、コイルに交流電流を流す。すると、ステータコア内部の磁界が変動し、この変動磁界と永久磁石との相互作用により、ロータに回転トルクが発生する。
【０００４】
特許文献１には電動機の例が開示されている。特許文献１に開示される電動機は、ステータコアとロータのギャップがラジアル方向に設けられる所謂ラジアル型の電動機であり、ステータコアの内周側と外周側の両方に永久磁石が配置されている。このようにステータコアのラジアル方向両側に永久磁石を配置することで、片側のみに永久磁石を配置する場合に比べて利用可能な磁束の量が増え、電動機の効率がよくなっている。
【０００５】
また、特許文献１に開示される電動機では、ステータコアが複数の分割コアによって構成されている。各分割コアは鉤状の係止部と溝部とを有しており、溝部に係止部を圧入嵌合させることで分割コアを環状に連結し、一体のステータコアを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２７１７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ステータコアのラジアル方向だけでなくアキシャル方向（ロータの回転軸方向）にも永久磁石を配置すれば、利用可能な磁束の量が増え、回転機の出力密度と効率の向上が実現される。以下、このような回転機を三次元回転機と称する。
【０００８】
三次元回転機でも、巻線作業を簡素化する観点から、特許文献１に開示される電動機と同様に分割コアを用いることが望まれる場合がある。しかしながら、分割コアを用いると、分割コアの連結部分に大きな磁気抵抗が発生することから、分割コアを用いない場合に比べて効率が悪くなり、三次元化したことによる効率向上効果が損なわれる。
【０００９】
したがって、本発明の目的のひとつは、分割コアを用いる三次元回転機の効率を向上できるコア部材及びこのコア部材を用いる回転機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明による回転機用コア部材は、ラジアル方向の一方側面とアキシャル方向の一方側面とに磁石対向面を有するティース部と、巻線が巻回される棒状のヨーク部とをそれぞれ有し、環状に配置された複数の分割コアを備え、前記分割コアは軟磁性金属圧粉材によって構成され、前記各分割コアの前記ヨーク部の端部は、隣接する前記分割コアの前記ティース部に設けられた凹部と嵌合し、前記ヨーク部は、前記端部のうち、前記アキシャル方向の前記一方側面に面する部分の少なくとも一部若しくは前記ラジアル方向の前記一方側面に面する部分の少なくとも一部又はその両方がＲ面取りされてなる形状の柱状体であることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、アキシャル方向の一方側面若しくはラジアル方向の一方側面又はその両方を通じて分割コア内に出入りする磁束に関して分割コアの連結部分の磁気抵抗を低減できるので、分割コアを用いる三次元回転機の効率を向上できる。
【００１２】
また、上記各回転機用コア部材において、前記各分割コアの前記ティース部は、前記ラジアル方向の他方側面又は前記アキシャル方向の他方側面の少なくとも一方にも磁石対向面を有し、前記ヨーク部を構成する柱状体は、前記端部のうち、前記ラジアル方向の他方側面又は前記アキシャル方向の他方側面の前記少なくとも一方に面する部分の少なくとも一部もＲ面取りされてなる形状を有することとしてもよい。これによれば、ラジアル方向の他方側面を通じて分割コア内に出入りする磁束に関しても分割コアの連結部分の磁気抵抗を低減できる。
【００１３】
また、上記回転機用コア部材において、前記ヨーク部を構成する柱状体は、少なくとも前記端部に辺を有しないこととしてもよく、さらに前記端部は曲面のみによって構成されることとしてもよい。
【００１４】
また、上記回転機用コア部材において、前記端部は半球面形状であることとしてもよいし、前記ヨーク部を構成する柱状体は、半球面形状の前記端部を有する円柱体であることとしてもよい。
【００１５】
また、本発明による回転機は、上記各回転機用コア部材のいずれかと、前記各分割コアの各磁石対向面に対向する永久磁石を有する磁石支持部材とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、分割コアを用いる三次元回転機の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態による回転機を軸方向で切断した断面図の模式図（概略図）である。（ａ）のステータコア部分は図３のＡ−Ａ'線断面に対応し、（ｂ）のステータコア部分は図３のＢ−Ｂ'線断面に対応している。
【図２】図１に示した回転機から、磁石、ステータコア、及びコイルのみを抜き出して記載した斜視図である。
【図３】図１に示した回転機から、ステータコアのみを抜き出して記載した斜視図である。
【図４】（ａ）（ｂ）ともに、本発明の実施の形態による回転機のステータコアの分割コアを拡大して示した図である。
【図５】図３のＣ−Ｃ'線断面の模式図である。
【図６】本発明の前提となる分割コアの斜視透過図である。
【図７】本発明の実施の形態による回転機における磁束の流れを説明するための模式図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）はいずれも、図６に示した本発明の前提となる分割コアの連結状態を示す図である。
【図９】（ａ）は、図８（ａ）のＤ線に沿った本発明の前提となる分割コアの断面図である。（ｂ）（ｄ）（ｆ）は、図８（ｂ）のＥ線に沿った本発明の前提となる分割コアの断面図である。（ｃ）（ｅ）は、図８（ｃ）のＦ線に沿った本発明の前提となる分割コアの断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｆ）は、図９（ａ）〜（ｆ）にそれぞれ対応する本発明の実施の形態による分割コアの断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｆ）はいずれも、本発明の実施の形態の変形例によるヨーク部を示す斜視図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は、ステータコアの上面、下面、及び外周面を磁石対向面とした三次元回転機の断面図の例を示す図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、ヨーク部の形状のバリエーションを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１（ａ）（ｂ）は、本実施の形態による三次元回転機１を軸方向で切断した断面図の模式図（概略図）である。図２は、三次元回転機１から磁石１３ａ〜１３ｃ、ステータコア２１、及びコイル２５のみを抜き出して記載した斜視図である。また、図３は三次元回転機１からステータコア２１のみを抜き出して記載した斜視図である。なお、図１（ａ）（ｂ）に示した断面図内のステータコア２１部分は、それぞれ図３のＡ−Ａ'線断面、図３のＢ−Ｂ'線断面に対応している。
【００２０】
図１に示すように、三次元回転機１は、同図に示したＸ軸を中心に回転自在に構成されたシャフト１０及びロータ１１（磁石支持部材）と、ベース２０に固定されて回転しないステータコア２１（コア部材）とを備えている。この三次元回転機１は、プリンタやファン、車載用モータ、洗濯機等、種々の用途で用いられるものである。
【００２１】
ベース２０は中央に円筒形部分２０ａを有しており、シャフト１０は、この円筒形部分２０ａの内部に挿入されている。シャフト１０は、円筒形部分２０ａの内壁に嵌められた２つのベアリング４０によって支持されており、このベアリング４０の内周に沿い、Ｘ軸を回転軸として回転する。
【００２２】
ロータ１１はＸ軸に垂直な主面を有する円盤状部分１１ａを含む部材であり、鉄などの磁性体で作られている。円盤状部分１１ａの中央部はシャフト１０と嵌合しており、これにより、ロータ１１はシャフト１０とともに回転する。
【００２３】
円盤状部分１１ａの下部には２つの円筒形部分１１ｂ，１１ｃが設けられている。各円筒形部分１１ｂ，１１ｃの中心はいずれもＸ軸に一致している。円筒形部分１１ｂの内径はベース２０の円筒形部分２０ａの外径より大きくなっており、円筒形部分２０ａは円筒形部分１１ｂの内側に挿入される。また、円筒形部分１１ｃの内径は円筒形部分１１ｂの外径よりも大きくなっており、円筒形部分１１ｂと円筒形部分１１ｃの間に作られる環状（ドーナツ状）の空間にはステータコア２１が挿入される。
【００２４】
上記環状の空間の内面１２ａ，１２ｂ，１２ｃはそれぞれ、ステータコア２１の上面２４ａ、内周面２４ｂ、外周面２４ｃ（後述）に対向する対向面となる。内面１２ａには所定個数（図２では１０個）の磁石１３ａが設置される。同様に、内面１２ｂ及び内面１２ｃにはそれぞれ、同数（図２では１０個）の磁石１３ｂ及び磁石１３ｃが設置される。
【００２５】
磁石１３ａは、図２に示すような扇型の永久磁石であり、Ｓ極をステータコア２１側に向けた永久磁石１３ａ（Ｓ）と、Ｎ極をステータコア２１側に向けた永久磁石１３ａ（Ｎ）とを含んでいる。永久磁石１３ａ（Ｓ）と永久磁石１３ａ（Ｎ）とは、円周方向に交互に配置される。なお、図２では、永久磁石１３ａ（Ｓ）の表面に「Ｎ」、永久磁石１３ａ（Ｎ）の表面に「Ｓ」が記載されているが、これは各永久磁石１３ａの内面１２ａ側の面に現れる磁極を示している。以下に説明する磁石１３ｂ，１３ｃでも同様である。
【００２６】
磁石１３ｂは、図２に示すように、円筒の一部を切り取った形状の永久磁石であり、Ｓ極をステータコア２１側に向けた永久磁石１３ｂ（Ｓ）と、Ｎ極をステータコア２１側に向けた永久磁石１３ｂ（Ｎ）とを含んでいる。永久磁石１３ｂ（Ｓ）及び永久磁石１３ｂ（Ｎ）は、それぞれ永久磁石１３ａ（Ｓ）及び永久磁石１３ａ（Ｎ）と対応する位置に、円周方向に交互に配置される。
【００２７】
磁石１３ｃも、図２に示すように、円筒の一部を切り取った形状の永久磁石であり、Ｓ極をステータコア２１側に向けた永久磁石１３ｃ（Ｓ）と、Ｎ極をステータコア２１側に向けた永久磁石１３ｃ（Ｎ）とを含んでいる。永久磁石１３ｃ（Ｓ）及び永久磁石１３ｃ（Ｎ）は、それぞれ永久磁石１３ａ（Ｓ）及び永久磁石１３ａ（Ｎ）と対応する位置に、円周方向に交互に配置される。
【００２８】
ステータコア２１は環状の部材であり、図２及び図３に示すように、円周方向に沿って環状に配置された複数の分割コア３０が連結された構造を有している。各分割コア３０は、粉体粒子の表面が所定の絶縁膜により電気絶縁被覆された軟磁性金属圧粉材を所定の圧力下で成型することにより形成される。このように軟磁性金属圧粉材で構成されているため、分割コア３０には磁束の通過方向の制限がない。
【００２９】
図４（ａ）は、図２に示したステータコア２１から、２つの分割コア３０を抜き出して記載した斜視図である。ただし、同図では分割コア３０を連結する前の状態を示している。また、図４（ｂ）は、１つの分割コア３０を拡大して示した拡大斜視図である。また、図５は、図３のＣ−Ｃ'線断面の模式図である。ただし、図５でも分割コア３０の２つ分のみを示している。
【００３０】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、各分割コア３０はそれぞれ、ヨーク部２２とティース部２３とを有している。
【００３１】
ティース部２３は、図３などに示すように、上向きに突出した上側突起部２３ａと、内向きに突出した内側突起部２３ｂと、外向きに突出した外側突起部２３ｃと、下向きに突出した下側突起部２３ｄとを含んで構成される。このうちの下側突起部２３ｄは、図１に示すようにベース２０に固定されている。
【００３２】
上側突起部２３ａの上面２４ａ（アキシャル方向の一方側面）、内側突起部２３ｂの内周面２４ｂ（ラジアル方向の一方側面）、外側突起部２３ｃの外周面２４ｃ（ラジアル方向の他方側面）はそれぞれ、磁石１３ａ、磁石１３ｂ、磁石１３ｃと対向する磁石対向面となっている。これらの各面は対向する磁石に沿う形状を有しており、これにより、各面と各磁石の間には一定幅の間隙が設けられる。
【００３３】
内側突起部２３ｂは、図３に示すように、隣接するヨーク部２２方向に張り出した鍔部２３ｂｆを有している。同様に、外側突起部２３ｃも、隣接するヨーク部２２方向に張り出した鍔部２３ｃｆを有している。これらの鍔部２３ｂｆ，２３ｃｆは内周面２４ｂ及び外周面２４ｃの面積を拡大するために設けられているもので、これによりステータコア２１内部に取り込まれる磁束の量が増加する。
【００３４】
ティース部２３の円周方向の一方側面２４ｅには、図４（ａ）に示すように、隣接する分割コア３０のヨーク部２２と嵌合する凹部２６が設けられている。凹部２６は、側面２４ｅに設けられた半球形の穴である。
【００３５】
一方、ヨーク部２２は、図４（ｂ）に示すように、ティース部２３の円周方向の他方側面２４ｆから突き出した柱状体の部材であり、絶縁性のボビン２７を介してコイル２５が巻回される。ヨーク部２２の端部２２ａは、図５に示すように、隣接する分割コア３０のティース部２３に設けられた凹部２６に嵌合する。なお、端部２２ａと凹部２６とは対応する形状を有しており、嵌合させることにより、隙間なく密着する。嵌合させる際には、分割コア３０が分離しないように接着剤を用いることが好適である。具体的な接着剤としては、比較的接着強度の強い２液のエポキシ樹脂などを用いることが好ましい。また、磁性を有する接着剤を用いることも好ましい。
【００３６】
以下、ヨーク部２２及びその端部２２ａの形状について、詳しく説明する。以下の説明では、初めに本発明のベースとなる分割コアの構造について説明し、その後、この分割コアと比較しながら、ヨーク部２２及びその端部２２ａの形状を説明する。
【００３７】
図６は、本発明のベースとなる分割コア１３０の斜視透過図である。同図では、隣接する一方の分割コア１３０のヨーク部１２２と、他方の分割コア１３０のティース部１２３のみを示している。
【００３８】
図６に示すように、分割コア１３０においても、ティース部１２３には磁石対向面１２４ａ〜１２４ｃが設けられる。これら磁石対向面１２４ａ〜１２４ｃは、図１（ｂ）において分割コア３０に代えて分割コア１３０を用いたとした場合に、磁石１３ａ〜１３ｂとそれぞれ対向する面である。また、円周方向の一方側面１２４ｅには、隣接する分割コア１３０のヨーク部１２２と嵌合する凹部１２６が設けられる。
【００３９】
ヨーク部１２２は四角柱形の柱状体部材であり、図示していないが、ティース部１２３の円周方向の他方側面１２４ｆから突き出している。四角柱形であることから、ヨーク部１２２は、図６に示すような辺（エッジ）Ｅ１〜Ｅ８を有している。
【００４０】
さて、以上のようなヨーク部１２２と比較しながら、ヨーク部２２及びその端部２２ａの形状について説明する。ヨーク部２２は、図４に示すように円柱形の柱状体（長手方向に垂直な断面が円形である柱状体）であり、その端部２２ａは半球面形状となっている。この形状は、ヨーク部１２２において、辺Ｅ１〜Ｅ８をＲ面取りすることにより得られる形状である。つまり、ヨーク部２２は、ヨーク部１２２の辺Ｅ１〜Ｅ８がＲ面取りされてなる形状の柱状体となっている。
【００４１】
なお、図４に示したヨーク部２２及びその端部２２ａの形状は辺Ｅ１〜Ｅ８を完全にＲ面取りしてなる形状としているが、一部のみをＲ面取りしてなる形状としてもよい。この点については、後ほど磁束の流れについての説明を行った後、再度詳しく説明する。
【００４２】
次に、三次元回転機１における磁束の流れについて説明する。
【００４３】
図７は、三次元回転機１における磁束の流れを説明するための模式図である。同図においては、矢印付きの破線により磁束の流れを示している。
【００４４】
破線Ａで示すように、ある磁石１３ａ（Ｎ）のＮ極から出る磁束は、対向する上面２４ａからステータコア２１内部に入り、上側突起部２３ａ、ヨーク部２２、隣接する上側突起部２３ａ、及びその上面２４ａを順に通過して、隣接する磁石１３ａ（Ｓ）のＳ極に戻る。
【００４５】
同様に、破線Ｂで示すように、ある磁石１３ｂ（Ｎ）のＮ極から出る磁束は、対向する内周面２４ｂからステータコア２１内部に入り、内側突起部２３ｂ、ヨーク部２２、隣接する内側突起部２３ｂ、及びその内周面２４ｂを順に通過して、隣接する磁石１３ｂ（Ｓ）のＳ極に戻る。
【００４６】
また、破線Ｃで示すように、ある磁石１３ｃ（Ｎ）のＮ極から出る磁束は、対向する外周面２４ｃからステータコア２１内部に入り、外側突起部２３ｃ、ヨーク部２２、隣接する外側突起部２３ｃ、及びその外周面２４ｃを順に通過して、隣接する磁石１３ｃ（Ｓ）のＳ極に戻る。
【００４７】
このように、三次元回転機１では、３方向に磁束の流れが確保され、いずれの磁束もヨーク部２２を通過する。このため、例えばステータコアの両側のみに永久磁石を配置した場合に比べ、利用可能な磁束の量は多くなっている。
【００４８】
分割コア３０の連結部分（ティース部２３とヨーク部２２の連結部分）の磁気抵抗について説明する。以下の説明では、初めに上記した分割コア１３０の連結部分の磁気抵抗について説明し、その後、分割コア１３０と比較しながら、分割コア３０の連結部分の磁気抵抗について説明する。
【００４９】
図８（ａ）〜図８（ｃ）はいずれも、図６に示した分割コア１３０の連結状態を示す図である。図９（ａ）は、図８（ａ）のＤ線に沿った分割コア１３０の断面図である。また、図９（ｂ）、図９（ｄ）、及び図９（ｆ）の各図は、図８（ｂ）のＥ線に沿った分割コア１３０の断面図である。また、図９（ｃ）及び図９（ｅ）の各図は、図８（ｃ）のＦ線に沿った分割コア１３０の断面図である。図９（ａ）〜図９（ｆ）の各図に示した破線の矢印は、磁束の流れを示している。
【００５０】
図９（ａ）及び図９（ｂ）には、ティース部１２３の上面１２４ａ（アキシャル方向の一方側面）を通じて分割コア１３０内に出入りする磁束の流れを示している。つまり、この磁束は、図１（ｂ）において分割コア３０に代えて分割コア１３０を用いたとした場合に、ティース部１２３と磁石１３ａとの間を流れる磁束である。これらの図に示すように、上面１２４ａを通じてティース部１２３を通過する磁束は、ヨーク部１２２の辺Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３を避けて、ヨーク部１２２とティース部１２３の間を出入りする。このように磁束がヨーク部１２２の各辺を避けるのは、磁束が集中し、飽和するためである。
【００５１】
図９（ｃ）及び図９（ｄ）には、ティース部１２３の内周面１２４ｂ（ラジアル方向の一方側面）を通じて分割コア１３０内に出入りする磁束の流れを示している。つまり、この磁束は、図１（ｂ）において分割コア３０に代えて分割コア１３０を用いたとした場合に、ティース部１２３と磁石１３ｂとの間を流れる磁束である。これらの図に示すように、内周面１２４ｂを通じてティース部１２３を通過する磁束は、上記同様、ヨーク部１２２の辺Ｅ２，Ｅ４，Ｅ５を避けて、ヨーク部１２２とティース部１２３の間を出入りする。
【００５２】
図９（ｅ）及び図９（ｆ）には、ティース部１２３の外周面１２４ｃ（ラジアル方向の他方側面）を通じて分割コア１３０内に出入りする磁束の流れを示している。つまり、この磁束は、図１（ｂ）において分割コア３０に代えて分割コア１３０を用いたとした場合に、ティース部１２３と磁石１３ｃとの間を流れる磁束である。これらの図に示すように、外周面１２４ｃを通じてティース部１２３を通過する磁束は、上記同様、ヨーク部１２２の辺Ｅ３，Ｅ６，Ｅ７を避けて、ヨーク部１２２とティース部１２３の間を出入りする。
【００５３】
以上のように、ティース部１２３の各面を通じて分割コア１３０内に出入りする磁束は、ヨーク部１２２の辺を避けて（迂回して）、ヨーク部１２２とティース部１２３の間を出入りする。このような磁束の迂回が原因となり、分割コア１３０の連結部分は、ティース部１２３の各面を通じて分割コア１３０内に出入りする磁束に関し、比較的大きな磁気抵抗を有している。
【００５４】
次に、図１０（ａ）〜図１０（ｆ）は、図９（ａ）〜図９（ｆ）にそれぞれ対応する分割コア３０の断面図である。これらの図においても、破線の矢印は磁束の流れを示している。
【００５５】
上述したように、分割コア３０のヨーク部２２は、ヨーク部１２２の辺Ｅ１〜Ｅ８がＲ面取りされてなる形状の柱状体である。そのため、図１０（ａ）〜図１０（ｆ）に示すように、端部２２ａには磁束が集中する辺がない。したがって、ティース部２３の各面を通じて分割コア３０内に出入りする磁束に関する分割コア３０の連結部分の磁気抵抗は、分割コア１３０のそれに比べて小さくなっている。
【００５６】
以上説明したように、三次元回転機１によれば、ティース部２３の上面２４ａ、内周面２４ｂ、外周面２４ｃを通じて分割コア３０内に出入りする磁束に関し、分割コア３０の連結部分の磁気抵抗を低減できるので、分割コアを用いる三次元回転機の効率を向上できる。
【００５７】
ここで、三次元回転機１においては、必ずしもすべての方向の磁束に関して磁気抵抗を低減しなくとも、一部の方向の磁束に関してのみ磁気抵抗を低減することで十分な効率を得られる場合がある。また、ティース部２３とヨーク部２２の連結部分で生ずる磁気抵抗を減ずるためには、ヨーク部２２の各部分のうち、少なくともティース部２３内部に挿入される部分である端部２２ａについて、磁束の流れを妨げる辺を有しないことが必要である。また、連結部分の磁気抵抗を低減するためには、必ずしもヨーク部２２の端部２２ａを半球面形状にしなければならないわけではなく、少なくとも辺を有しない形状とすればよい。
【００５８】
以上に鑑み、ヨーク部２２の形状には各種のバリエーションが考えられる。以下、ヨーク部２２の形状のバリエーションを具体的に挙げて説明する。図１１（ａ）〜図１１（ｆ）はいずれも、ヨーク部２２のバリエーションを示す斜視図である。なお、これらの図に示すヨーク部２２の側面５０ａ，５０ｂ，５０ｃはそれぞれ、磁石１３ａとの対向面（アキシャル方向の一方側面）、内周面（ラジアル方向の一方側面）、外周面（ラジアル方向の他方側面）を示している。
【００５９】
図１１（ａ）は、ヨーク部２２を、端部２２ａのうち、側面５０ａに属する部分のみがＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例では、アキシャル方向の磁束に関して、磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【００６０】
図１１（ｂ）は、ヨーク部２２を、端部２２ａのうち、側面５０ａに属する部分の一部分のみがＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例でも、アキシャル方向の磁束に関して磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【００６１】
図１１（ｃ）は、ヨーク部２２を、側面５０ａ全体（ティース部２３との接続部分を除く。）がＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例でも、アキシャル方向の磁束に関して、磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【００６２】
図１１（ｄ）は、ヨーク部２２を、端部２２ａのうち、側面５０ａ，５０ｂに属する部分のみがＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例では、アキシャル方向の磁束の他、ラジアル方向の磁束のうちティース部２３の内周面２４ｂ（図１（ｂ））を通じて分割コア３０に出入りする磁束に関して、磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【００６３】
図１１（ｅ）は、ヨーク部２２を、端部２２ａのすべての部分がＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例では、アキシャル方向及びラジアル方向の磁束すべてに関して、磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【００６４】
図１１（ｆ）は、ヨーク部２２を、ティース部２３との接続部分を除くすべての部分がＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例でも、アキシャル方向及びラジアル方向の磁束すべてに関して、磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【００６５】
最後に、三次元回転機１の動作について説明しておく。
【００６６】
各コイル２５に方向を適宜切り替えながら電流を流した場合、ステータコア２１に回転磁界が生じ、その回転磁界に追従するようにしてロータ１１及びシャフト１０が回転する。これにより、三次元回転機１は電動機（モータ）として機能する。
【００６７】
一方、シャフト１０を外力によって回転させると、電磁誘導作用によって各コイル２５に電圧が発生する。これにより、三次元回転機１は発電機（ジェネレータ）としても機能する。
【００６８】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。
【００６９】
例えば、上記実施の形態では、コア部材（ステータコア２１）がベース２０に固定され、磁石支持部材（ロータ１１）がＸ軸を回転軸として回転する構成を採用したが、磁石支持部材がコア部材に対して相対的に回転できればよいので、この関係を逆にしてもよい。つまり、磁石支持部材がベース２０に固定され、コア部材がＸ軸を回転軸として回転する構成を採用してもよい。
【００７０】
また、上記実施の形態では、ステータコアの上面、内周面、外周面を磁石対向面としたが、本発明はこのような形態に限られるものではない。具体的には、ステータコアの上面、下面のいずれか少なくとも一方及び内周面、外周面のいずれか少なくとも一方を磁石対向面とすればよい。この場合、ヨーク部２２の形状は、端部２２ａのうち、凹部２６と嵌合しているときに各磁石対向面に面する部分のみがＲ面取りされてなる形状の柱状体であるとしてもよい。
【００７１】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、ステータコアの上面、下面、及び外周面を磁石対向面とした三次元回転機の断面図の例を示す図である。同図に示す三次元回転機６０でも、ステータコア６１が環状の部材であり、図２及び図３に示すように、円周方向に沿って環状に配置された複数の分割コア７０が連結された構造を有している点は三次元回転機１と同様である。各分割コア７０はそれぞれヨーク部６２とティース部６３とを有しており、その形状は図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したものと同様である。ただし、三次元回転機６０では、ティース部６３の上面６４ａ（アキシャル方向の一方側面）、外周面６４ｃ（ラジアル方向の他方側面）、下面６４ｄ（アキシャル方向の他方側面）がそれぞれ、磁石８３ａ、磁石８３ｃ、磁石８３ｄと対向する磁石対向面となっている。
【００７２】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、ヨーク部６２の形状のバリエーションを示す斜視図である。なお、これらの図に示すヨーク部６２の側面９０ａ，９０ｃ，９０ｄはそれぞれ、磁石８３ａとの対向面（アキシャル方向の一方側面）、磁石８３ｃとの対向面（ラジアル方向の他方側面）、磁石８３ｄとの対向面（アキシャル方向の他方側面）を示している。
【００７３】
図１３（ａ）は、ヨーク部２２を、端部６２ａのうち、側面９０ａ，９０ｃ，９０ｄに属する部分のみがＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例では、ティース部６３の側面６４ａ，６４ｄを通じて分割コア７０に出入りするアキシャル方向の磁束と、ティース部６３の側面６４ｃを通じて分割コア７０に出入りするラジアル方向の磁束とに関して、磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【００７４】
図１１（ｂ）は、ヨーク部２２を、側面９０ａ，９０ｃ，９０ｄの各全体（ティース部６３との接続部分を除く。）がＲ面取りされてなる形状の柱状体とした例である。この例でも、ティース部６３の側面６４ａ，６４ｄを通じて分割コア７０に出入りするアキシャル方向の磁束と、ティース部６３の側面６４ｃを通じて分割コア７０に出入りするラジアル方向の磁束とに関して、磁気抵抗を低減する効果が得られる。
【符号の説明】
【００７５】
１ 三次元回転機
１０ シャフト
１１ ロータ
１１ａ ロータの円盤状部分
１１ｂ，１１ｃ ロータの円筒形部分
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ ロータのステータコア対向面
１３ａ〜１３ｃ 磁石
２０ ベース
２０ａ ベースの円筒形部分
２１ ステータコア
２２ ヨーク部
２２ａ 端部
２３ ティース部
２３ａ 上側突起部
２３ｂ 内側突起部
２３ｃ 外側突起部
２３ｄ 下側突起部
２３ｂｆ，２３ｃｆ 鍔部
２４ａ 上側突起部の上面
２４ｂ 内側突起部の内周面
２４ｃ 外側突起部の外周面
２４ｅ 円周方向の一方側面
２４ｆ 円周方向の他方側面
２５ コイル
２６ 凹部
３０ 分割コア
４０ ベアリング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアル方向の一方側面とアキシャル方向の一方側面とに磁石対向面を有するティース部と、巻線が巻回される棒状のヨーク部とをそれぞれ有し、環状に配置された複数の分割コアを備え、
前記分割コアは軟磁性金属圧粉材によって構成され、
前記各分割コアの前記ヨーク部の端部は、隣接する前記分割コアの前記ティース部に設けられた凹部と嵌合し、
前記ヨーク部は、前記端部のうち、前記アキシャル方向の前記一方側面に面する部分の少なくとも一部若しくは前記ラジアル方向の前記一方側面に面する部分の少なくとも一部又はその両方がＲ面取りされてなる形状の柱状体であることを特徴とする回転機用コア部材。
【請求項２】
前記各分割コアの前記ティース部は、前記ラジアル方向の他方側面又は前記アキシャル方向の他方側面の少なくとも一方にも磁石対向面を有し、
前記ヨーク部を構成する柱状体は、前記端部のうち、前記ラジアル方向の他方側面又は前記アキシャル方向の他方側面の前記少なくとも一方に面する部分の少なくとも一部もＲ面取りされてなる形状を有することを特徴とする請求項１に記載の回転機用コア部材。
【請求項３】
前記ヨーク部を構成する柱状体は、少なくとも前記端部に辺を有しないことを特徴とする請求項２に記載の回転機用コア部材。
【請求項４】
前記端部は曲面のみによって構成されることを特徴とする請求項３に記載の回転機用コア部材。
【請求項５】
前記端部は半球面形状であることを特徴とする請求項２に記載の回転機用コア部材。
【請求項６】
前記ヨーク部を構成する柱状体は、半球面形状の前記端部を有する円柱体であることを特徴とする請求項２に記載の回転機用コア部材。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載された回転機用コア部材と、
前記各分割コアの各磁石対向面に対向する永久磁石を有する磁石支持部材とを備えることを特徴とする回転機。
【請求項１】
ラジアル方向の一方側面とアキシャル方向の一方側面とに磁石対向面を有するティース部と、巻線が巻回される棒状のヨーク部とをそれぞれ有し、環状に配置された複数の分割コアを備え、
前記分割コアは軟磁性金属圧粉材によって構成され、
前記各分割コアの前記ヨーク部の端部は、隣接する前記分割コアの前記ティース部に設けられた凹部と嵌合し、
前記ヨーク部は、前記端部のうち、前記アキシャル方向の前記一方側面に面する部分の少なくとも一部若しくは前記ラジアル方向の前記一方側面に面する部分の少なくとも一部又はその両方がＲ面取りされてなる形状の柱状体であることを特徴とする回転機用コア部材。
【請求項２】
前記各分割コアの前記ティース部は、前記ラジアル方向の他方側面又は前記アキシャル方向の他方側面の少なくとも一方にも磁石対向面を有し、
前記ヨーク部を構成する柱状体は、前記端部のうち、前記ラジアル方向の他方側面又は前記アキシャル方向の他方側面の前記少なくとも一方に面する部分の少なくとも一部もＲ面取りされてなる形状を有することを特徴とする請求項１に記載の回転機用コア部材。
【請求項３】
前記ヨーク部を構成する柱状体は、少なくとも前記端部に辺を有しないことを特徴とする請求項２に記載の回転機用コア部材。
【請求項４】
前記端部は曲面のみによって構成されることを特徴とする請求項３に記載の回転機用コア部材。
【請求項５】
前記端部は半球面形状であることを特徴とする請求項２に記載の回転機用コア部材。
【請求項６】
前記ヨーク部を構成する柱状体は、半球面形状の前記端部を有する円柱体であることを特徴とする請求項２に記載の回転機用コア部材。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載された回転機用コア部材と、
前記各分割コアの各磁石対向面に対向する永久磁石を有する磁石支持部材とを備えることを特徴とする回転機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２２６９３７（Ｐ２０１０−２２６９３７Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７４６３４（Ｐ２００９−７４６３４）
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]